¿Que es la segunda ley de la termodinámica?
No es posible que el calor fluya desde un cuerpo frío hacia un cuerpo mas caliente, sin necesidad de producir ningún trabajo que genere este flujo. La energía no fluye espontáneamente desde un objeto a baja temperatura, hacia otro objeto a mas alta temperatura.
Una experiencia común es que una taza de café caliente dejada en una habitación que está más fría termine por enfriarse , Este proceso satisface la primera ley de la termodinámica porque la cantidad de energía que pierde el café es igual a la cantidad que gana el aire circundante.
Considere
ahora el proceso inverso: café caliente que se vuelve incluso más caliente en una habitación más fría como resultado de la transferencia de calor desde el aire. Se sabe que este proceso nunca se lleva a cabo; sin embargo, hacerlo no violaría la primera ley siempre y cuando la cantidad de energía que pierde el aire sea igual a la cantidad que gana el café.
segunda ley de la termodinámica enfoque en maquinas térmicas¡¡¡¡
Como se señaló antes, el trabajo se puede convertir fácilmente en otras formas
de energía, pero convertir éstas en trabajo no es fácil e por eso convertir el calor en trabajo requiere usar algunos dispositivos especiales. Estos dispositivos se llaman máquinas
térmicas.
Las máquinas térmicas difieren bastante entre sí, pero es posible caracterizarlas
a todas de la siguiente manera :
1. Reciben calor de una fuente a temperatura alta (energía solar, horno de
petróleo, reactor nuclear, etcétera).
2. Convierten parte de este calor en trabajo (por lo general en la forma de
una flecha rotatoria).
3. Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero de calor de baja temperatura
(la atmósfera, los ríos, etcétera).
4. Operan en un ciclo
Las distintas cantidades mostradas en esta figura son:
Qentrada ; cantidad de calor suministrada al vapor en una caldera desde
una fuente de temperatura alta (horno)
Qsalida ; cantidad de calor rechazada del vapor en el condensador hacia
un sumidero de temperatura baja (atmósfera, río, etcétera)
Wsalida ; cantidad de trabajo que entrega el vapor cuando se expande en
una turbina
Wentrada ; cantidad de trabajo requerida para comprimir agua a la presión
de la caldera
Eficiencia térmica.
La fracción de la entrada de calor que se convierte en salida de trabajo neto es una medida del desempeño de una máquina térmica y se llama eficiencia térmica.
La eficiencia térmica de una máquina térmica siempre es menor a la unidad porque QL y QH se definen como cantidades positivas.
La eficiencia térmica es una medida de qué tan eficientemente una máquina térmica convierte el calor que recibe en trabajo. Las máquinas térmicas se construyen con el propósito de convertir el calor en trabajo, de ahí que los ingenieros traten constantemente de mejorar las eficiencias de estos dispositivos dado que mayor eficiencia significa menos consumo de combustible y por
lo tanto menores costos y menos contaminación.
Refrigeradores
y bombas de calor
Se sabe por experiencia que
el calor se transfiere en la dirección de la temperatura decreciente desde
medios a temperatura alta hacia los de temperatura baja.
La transferencia de calor de
un medio que se encuentra a baja temperatura hacia a otro de temperatura alta
requiere dispositivos especiales llamados refrigeradores.
El fluido de trabajo
utilizado en el ciclo de refrigeración se denomina refrigerante, el ciclo de
refrigeración que se utiliza con mas frecuencia, es el ciclo de refrigeración
de compresión por vapor, en el que intervienen cuatro componentes principales:
un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador.
El refrigerante entra como vapor por el compresor y a medida que fluye
hacia el condensador este conserva su temperatura y presión actual, después que
sale del condensador este hace que su temperatura disminuya pero que su presión
siga igual, a medida que pasa por la válvula de expansión su temperatura y
presión disminuyen drástica mente por el efecto de estrangulamiento para por
último pase por el evaporador el ciclo se completa hasta que el refrigerante
regrese al compresor.
Enunciado de clausius
El enunciado de clausius
relacionado con refrigerantes y bombas de calor, el enunciado de clausius
expresa como sigue
Es imposible construir un
dispositivo en un ciclo que produzca ningún efecto que la transferencia del
calor de un cuerpo de menor temperatura a otra con mayor temperatura.
El enunciado establece
simplemente que un refrigerador no puede operar a menos que su compresor sea
propulsado mediante una fuerza de energía externa, como lo que es un motor
eléctrico. De este modo, el efecto total de los alrededores tiene que ver con
la energía en la forma de trabajo.
MAQUINA TÉRMICA DE CARNOT
La
máquina de Carnot es una máquina ideal que utiliza calor para realizar un
trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de
expansión y compresión entre dos temperaturas.
Toda
máquina térmica requiere para su funcionamiento al menos de dos fuentes de
calor a diferentes temperaturas. La máquina funcionará tomando calor de la
fuente de mayor temperatura, producirá trabajo y entregará calor a la fuente de
menor temperatura.
Espero que el trabajo mostrado les sirva de ayuda en la investigación acerca de la segunda ley de la termodinámica.
a qui les dejamos un pequeño experimento fácil y funcional.
